声功率测试系统

在欧盟《机械噪声指令》等法规要求下，从玩具、电动工具到 IT 设备，越来越多产品需要在铭牌或资料中声明声功率级，而不是只说“听起来不吵”。 在笔记本电脑这类典型办公设备上，空闲状态往往只有 30 dB(A) 左右，满载时可能接近 40 dB(A)，这些数值就来自按 ISO 3744 等标准做的声功率测试。 声压 vs 声功率 声源辐射的是声功率，我们在麦克风上测到的是声压。声压会随着房间大小、混响、测点距离等条件变化，而声功率是声源自身的“噪声能量”，不随布置和环境改变，因此更适合作为产品噪声的评价指标。 简单说： 声功率是“原因”（源发出的能量，单位 W / dB）； 声压是“结果”（听到的声压级，单位 Pa / dB）。 ISO 3744 要做的，就是在“近似自由声场 + 反射平面”的条件下，用一圈麦克风把声源包围起来，通过测得的面上声压级，按规定的修正和换算步骤，得到稳定、可比对的声功率级。 测试对象：一台日常使用的笔记本电脑 假设我们的被测对象是一台 17 英寸的办公笔记本，测试目标是：在不同工况下（空闲、办公负载、满载）测得其 A 计权声功率级，用于： 对比不同散热方案、风扇策略的噪声表现； 为产品说明书或合规认证提供标准化数据； 为声品质工程（例如风扇噪声“是否恼人”）提供基础数据。 测试环境采用半消声室，地面为反射平面，笔记本放置在反射平面上，周围布置若干测量点（可采用半球架或规则布点），整体方案符合 ISO 3744 对测量面和环境的要求。 测量系统：SonoDAQ Pro + OpenTest 声功率模块 硬件上，我们使用SonoDAQ Pro配合测量麦克风，按标准布置在笔记本周围。OpenTest 通过 openDAQ协议与SonoDAQ连接，在通道设置中完成通道选择与灵敏度、采样率等参数设置。 从标准到平台：为什么用 OpenTest 做声功率测试？ OpenTest 是 兆华电子CRYSOUND 面向声学与振动测试打造的新一代平台，支持测量、分析、序列三种模式，可覆盖研发实验室和生产线重复测试场景。 在声功率方向，OpenTest 的解决方案基于声压法，完全符合 ISO 3744 工程法，同时覆盖 ISO 3745 精密法和 ISO 3746 简易法，可根据场地条件和精度要求灵活选择测试等级。平台内置声功率专用报告模板，可直接输出符合国际标准的测试报告，避免团队反复维护 Excel。 在硬件层面，OpenTest 通过 openDAQ、ASIO、WASAPI 以及 NI-DAQmx 等接口连接多品牌数据采集设备，对 CRYSOUND SonoDAQ、RME、NI 等硬件统一管理，从几路验证到多通道阵列都可以在一套软件里完成。 三步走：按 ISO 3744 跑通一套标准化声功率流程 第一步：参数配置与环境准备 在 OpenTest 中新建工程后： 在通道设置中勾选将要使用的麦克风通道，设置灵敏度、采样率、频率计权等参数。 切换到 测量 > 声功率，设置测量参数： 采用的测试方法、测量面相关参数； 点位布设； 测量时间； 其他与 ISO 3744 对应的参数。 这一步实质上是把标准条款“落地”为一个可复用的 OpenTest 场景模板。 第二步：先采背景噪声，再采设备运行 按照 ISO 3744，需要在相同测量面上分别测量“设备关闭”和“设备运行”状态下的声压级，以便进行背景修正。 在 OpenTest 中，这对应两次非常清晰的操作： 采集背景噪声点击功能栏中的“背景采集噪声”图标，系统按预设时长采集环境噪声。 在 简易法下，OpenTest 每秒刷新各通道LAeq； 在 工程法、精密法下，以每秒刷新 1/3 倍频程各频点的 LAeq。 采集设备运行时的噪声背景采集完成后，点击“测试”图标，OpenTest 将： 按预设时长采集笔记本运行时的噪声； 每秒刷新实时声压级； 自动保留本次测试的数据集，方便后续回放与对比。 第三步：从多次测量到一份标准化报告 完成多个工况（例如：空闲、典型办公、满载压力测试）后： 在数据集中勾选需要对比的记录，可叠加查看不同工况下的声功率差异； 在数据选择器右上角点击保存图标，可导出对应的波形文件和CSV数据表，供进一步处理或归档； 点击功能栏中的 Report，填写项目与设备信息，选择需要纳入报告的数据集，调整图表与表格后，一键导出 Excel 报告。 报告中将包含测量条件、测量面、频带或 A 计权声功率级、背景修正等关键信息，可直接用于内部评审或法规/客户提交，这与 Dewesoft 声功率方案导出标准化 Excel 报告的思路是一致的。 从一次笔记本测试，到一套可复用的声功率平台 按 ISO 3744 给一台笔记本做声功率测试，只是一个具体案例。更重要的是： 标准化的 OpenTest 场景可以被克隆到打印机、家电、电动工具等产品测试中； 多通道麦克风阵列与 SonoDAQ 等硬件可以在同一平台下复用； 测试流程与报告格式被软件“固化”，便于团队之间交接和长期审计 如果你正在搭建或升级声功率测试能力，可以考虑以 ISO 3744 为骨架，用 OpenTest 把环境、采集、分析和报告串成一条可重复的链路，让每一次声功率测试都清晰可追溯，也更容易从“单次试验”沉淀成“工程资产”。 欢迎访问 www.opentest.com 了解更多 OpenTest 功能与硬件方案，或联系 兆华电子CRYSOUND 团队获取演示与应用支持。

概述 声功率测试（Sound Power Test）用于量化设备向外辐射声能的总量，核心指标是声功率级 Lw。相比只反映“某一点有多吵”的声压级，声功率更适合做跨场地、跨实验室、跨批次的噪声对标与合规声明。本文将从声压/声强/声功率三者关系出发，解释行业为何要用声功率，并梳理声压法与声强法的典型标准（ISO 3744/3745/3746、ISO 9614 等）及落地要点。 1. 为什么行业需要“声功率” 在讨论声功率测试之前，需要了解声压、声强和声功率的基本概念，这部分内容可以参考下面这篇Blog。 https://www.crysound.com.cn/b/%e4%bb%80%e4%b9%88%e6%98%af%e5%a3%b0%e5%8e%8b-%e5%a3%b0%e5%bc%ba-%e5%a3%b0%e5%8a%9f%e7%8e%87%ef%bc%9f/ 在产品噪声评价中，若想实现跨场地、跨机构、跨批次的可比性，声压级难以满足要求。声压级反映的是某一空间位置处的声压有效值大小，其测量结果受测量距离、安装方式、背景噪声等因素影响，关于声压、声强、声功率的基础概念可以参考以下链接内的内容。 如下图所示，传声器距离声源远近，测得的声压级必然不同，对于指向性声源，麦克风正对声源与背对声源测得的声压级也会有很大不同。 声压测试 声功率表征声源向外辐射声能的速率，理论上属于声源固有的辐射特性。从声功率的定义可以看出，声功率不是“某一点”的量，而是对包络面上的能量流进行积分的结果。由“点”到“面”的转换，使得局部起伏、偶然测点以及反射造成的空间不均匀性对最终结果的影响显著降低；同时，标准化的测量面、测点布置、环境判据与修正方法，使声功率测量可以明确反应声源的真实噪声辐射水平。 如下图所示，根据声功率测试标准给出的计算公式，当采用 A 尺寸支架时，测量包络面积相比 B 尺寸支架更小，但对应采集到的声压级会更高；两者在计算中相互抵消，因此整体声功率级应保持不变。 不同尺寸的测试支架 2. 声功率测试体系 1960 年代，工程师习惯用声级计测试声压级，来评价设备的噪声等级。但同一台机器换个房间、换个距离，数值就会发生改变，于是行业开始转向声功率测试。国际上很早就出现了声功率测定的标准化雏形，例如 ISO 495:1966，它规定机器的安装与运行工况、选用哪些声学指标，以及在自由场或混响室等典型环境下，由测得的数据推算声功率。此后形成的 ISO 3740/3744/3745 等声功率标准，通常会标注“Previously ISO 495:1966”，正是对这套早期框架的继承与细化。 B&K 1962年推出的2203型声级计 2.1 声压法声功率测试技术 2.1.1 测试技术的发展 到了 1970 年代，工业界对声功率测试的需求开始变得刚性，原本的声功率测试方法的精度已经达不到要求。因此出现了混响室声压法和消声室/半消声室声压法两条路径。 混响室精密法：将声源置于混响试验室，利用声波多次反射使声场趋于扩散；在规定测点上获得空间平均声压级，并结合房间吸声特性，反算声功率级，建立稳定的“平均声压—声功率”对应关系。ISO 3741 首版发布于 1975 年，随后迭代修订，并于 2010 年发布第 4 版，实现了混响试验室声压法的精密测量的标准化。 混响室工程法：该方法基于混响室测试声功率，对应标准为 ISO 3743。与 ISO 3741 相比，它属于同一原理下的工程级实现，面向小型可移动声源，提升了可操作性与效率，并分为硬壁测试室比较法（ISO 3743-1）与混响测试室法（ISO 3743-2）。 半/消声室精密法：对房间的声学指标有严格要求，把反射压到足够低，由声压反推声功率，1977 年的 ISO 3745把这种方法标准化。后来经过多轮的修订，发展成为ISO 3745:2012，并持续修订中。 半/消声室简易法/工程法：对于工程实际来讲，精密法的成本相对较高。于是 1979 年出现 ISO 3746（简易法），允许更宽松的场地条件，用包络测量面上的声压测量给出简易法结果。紧接着 1981 年，ISO 3744（工程法）把“半自由场”作为折中，不追求完全无反射，而是通过测量面规范化、布点与环境修正，把误差控制在工程级范围内。 现场比较法：很多现场既不满足自由场条件，也难以形成理想扩散场，但又必须在安装地评估声功率。 ISO 3747标准解决了这个问题，该方法在声源实际工作环境中测量被测声源的声压级，同时测量已知声功率的校准参考声源的声压级，通过两者对比换算，得到被测声源的声功率级。 2.1.2 测试原理 基于声压的测试方法通过在一定测量表面上采集声压级，结合环境修正因子，推算声源的声功率值。在测试前，一般要求背景噪声低于被测声源一定量级，并根据环境情况应用背景噪声修正K₁和环境修正K₂等因子修正测量值。声功率级计算核心公式为： 式中：LpA为A计权时间平均声压级；N为麦克风数量；S为包络面面积；S0为参考面积（1m）；K1A为背景噪声修正值，K2A为环境修正值。 2.1.3 测量面定义与传声器布点规则 按照标准要求，需想象一个封闭或半封闭的表面将声源包络其中，并在该表面上选取若干测量点放置传声器，测量各点的声压级。常用的测量表面形状有： 半球面：适用于声源置于反射平面的情形，半球面的圆心通常在声源几何中心。半球面优势在于仅需覆盖上半空间，用较少测点即可包络声源并获取声功率。简易法通常布置 4～8 个测点，精密法可达 20～40 个，要求均匀分布。如果声源方向性很强，导致不同测点测得声压级差异很大，应增加传声器数量以提高密度。 半球型支架 球面：适用于声源悬空于自由场情况下的测量。需要在想象的球形表面上均匀布点，包围声源。球面通常需要较多测点才能覆盖所有方向（只有精密法会用到，一般测点为20个或更多点）。 球型支架 立方体面：指围绕声源的矩形六面体表面，每个面中心和各角布置麦克风测点。适用于设备外形接近立方体或有明显主辐射方向的情况。标准允许在工程法/简易法中采用立方体测量面，但需相应增加测点数以覆盖各面（如每面至少一个测点，为提高精度可每面4个点，共24个点），且每个面的面积尽量保持一致。因此，在使用立方体面时，需要根据被测物体的大小以及立方体面距离来推算每个测点的位置。 立方体支架 无论采用何种测量面，传声器位置都应均匀覆盖整个包络面，以使各测点对总体声功率的贡献近似等权重。通常，标准提供了推荐的测点坐标，各传声器与声源的距离应相等，且应该确保处于远场区域。在工程和精密法中，典型半径为1 m或1.5m；在混响室法中，则要求声源与墙壁距离超过一定值（如>1.5 m），以利于声能充分扩散。 若使用单只传声器顺序测量各点，则应保证声源运转工况稳定、背景噪声恒定，并尽快完成各点测量，以减少时间漂移影响。此外，传声器和测量系统还需满足等级1型精度，以降低仪器误差对结果的影响。 2.1.4 背景噪声&环境修正 在声功率计算中，背景噪声修正K1与 环境修正 K2是两项关键修正量，分别用于补偿背景噪声和测量环境来的影响。 背景噪声修正K1：当被测声源运行时环境中存在背景噪声，会使测得的声压级偏高。K₁用于修正背景噪声的影响，可根据声源运行时与关闭时的声压级差值∆L来确定修正值，如果∆L很大，则K₁可取0；如果∆L较小，则按下式计算： 精密法要求背景噪声至少低于被测声源10 dB，对应K₁不超过约0.4 dB；工程法要求差值 ≥6 dB，对应K₁≤1.3 dB；简易法允许差值 ≥3 dB即可，对应K₁最高可达约3 dB。如果背景噪声修正过大，则测量结果不确定度显著增加，需改善测试环境。 环境修正K2：K₂用于修正测试环境所引入的误差。在理想自由场/半自由场中，K₂=0；测试场地若存在墙壁反射、吸声材料不足等，都会影响测点声压级分布。K2的计算有两种方法：①参考声源比较法，在同一场地使用已知声功率的标准声源测量声压级，比较测量结果与标准值，计算K₂；②根据房间的等效吸声面积计算K₂，如下式： 式中：S为测量面的面积，A为房间的吸声量。 对于室外场地，若无明显反射物且地面吸声良好，可认为K₂≈0；精密法需K₂≤0.5 dB，工程法K₂≤2 dB，简易法K₂≤7 dB。如果现场环境达不到上述标准，则需要增加环境的吸声或避开反射等角度改善测试环境。 2.2 声强法声功率测试技术 2.2.1 测试技术发展 精准的声压法声功率测试十分依赖混响室/消声室，但是对于大型设备，难以建设适配的消声室，也难以找到足够好的半自由场环境。声强法解决了核心痛点，因为声强的矢量特性，它对反射和背景噪声更“免疫”，可以包络面上的净能流积分成声功率。 1993 年发布的ISO 9614-1（离散点法）标志着声强法正式进入国际标准体系：在包络测量面上测量法向声强分量，通过面积积分得到声功率。 1996 年发布的ISO 9614-2（扫描法）进一步把“点测”推进到“面扫”，显著提升效率：用连续扫描路径覆盖子区域，仪器在扫描时间内给出平均法向声强与相关统计量。 2000年发布的ISO 9614-3，进一步强化了测量面划分、扫描路径覆盖、统计量与质量控制要求，并强化与测量质量/不确定度相关的判据。 2.2.2 测试原理 谈到声强法测试声功率，首先需要回顾一下声功率的定义：对任意包络声源的闭合测量面S，声功率等于声强在该面上的法向分量积分。 根据声功率的计算公式可知，将测量面划分为很多小单元，测量每个单元上垂直于面的声强In的时间平均值，乘以该单元面积Si，再累加所有单元的贡献，就得到声源的总声功率。 因此，声强法的核心是在包络测量面上测得法向声强的分布，此时就需要借助声强探头了。在实际的测量过程中，探头必须始终垂直朝向测量面，否则会因为探头偏离法线角度，导致测量的有效声强减小。 声强测试 2.2.3 标准方法及实现 如2.2.1节，ISO 9614 规范了基于声强测量声功率的方法，共分三部分，对应三种测量实施方式。这三种方法遵循的基本原理相同：即通过测量面法向声强求取声功率，主要在测试流程与精度等级上有所不同。 离散点测量法（ISO 9614-1）：ISO 9614-1将包络测量面划分为小矩形单元，然后声强探头分别在矩形单元的中心位置稳定采集一段时间声音信号，得到经过时间平均的法向声强。当所有的矩形单元都测试完毕后，就会得到整个测量面的声强分布，最后将各测点的平均声强乘以对应的矩形面积，然后对所有矩形单元求和，即可得到该测量面的声功率，再将各面的声功率相加，得到总声功率。此外，最终生成的声强云图可直观显示噪声在设备表面的分布，对声源定位分析也有很大的参考价值。 声强云图 离散点法的操作相对直观简单，每个点逐一测量易于实施，且测量结果的一致性和可重复性较好。并且由于点位固定的缘故，人为因素的影响也相对较小。因此，该方法适用于需要较高重复性、或操作者经验有限的场合。若测点划分足够细密，它也能达到较高精度。 由于需要对测量面进行网格划分，测量的点位数量较多，完整测试耗时较长。但是，如果网格划分过于稀疏，则会遗漏声强分布不均匀的地方，影响测试精度。因此在保证精度的前提下，需要权衡测点数量与测量时间。 扫描测量法（ISO 9614-2）：扫描测量法与离散点测量法不同，测试过程中需要工程师手持声强探头连续移动，均匀覆盖整个测量面。声强探头依然正对测量面，且以匀速沿下图所示的路径来回扫描。在整个扫描过程中持续采集声强数据，将该面当作一个整体来得到平均声强。由于扫描覆盖了测量面的每个位置，所得平均声强代表该面声强的空间平均值。随后用该平均声强乘以测量面面积，即得出该面的声功率。 扫描测量法 扫描法在理论上更接近声强积分的连续过程，因为探头经过的轨迹点更多、更密集，能够更充分地采样声场。通常它的测量精度更高，且测试效率更高。因此，扫描法适合需要在有限时间内完成测量、或声源较大测点极多的情况。 扫描法的主要误差来源于操作人员，不同人员的扫描速度、轨迹如果不一致，会导致测量偏差和不确定度增加。因此，为了获得可靠结果，操作者需要经过训练，按照标准规定的速率和路径扫描。另外，扫描法获取的是面的平均声强，无法提供离散点法那样的局部声强细节，所以不适用于需要精细噪声源定位的场景。 精密扫描法（ISO 9614-3）：ISO 9614-3是为对扫描法的改进，以获得更高精度的声功率结果。测试流程与ISO 9614-2类似，也是用声强探头扫描测量面，但对扫描路径、表面积分方式和数据处理提出了严格的要求。比如，将测量面划分为规则的矩形网格，长宽比在0.83～1.2之间，探头必须沿网格线方向扫描，每一网格分区需要覆盖到位。此外，标准规定了一系列附加准则，如重复扫描次数、背景噪声校验、相位校准等，这些措施减少了测试过程中的随机误差和系统误差，使测量结果更加接近真实值。 精密扫描法可获得与声压法相媲美的高准确度声功率值。但是，实施过程较繁琐，对测量人员和设备稳定性要求极高，测量时间也更长，且必须严格按照标准执行每一步骤。因此，该方法更多用于研究、标定等测量，日常工程中较少采用。 声强法典型应用 3. CRYSOUND的声功率测试解决方案 兆华电子面向企业在噪声合规、噪声控制与产品优化中的共性难题，推出一体化声功率测试解决方案。方案将声压法声功率测试标准流程固化为可复用的工程化链路：标准化布置测点、参数设置引导、多通道同步采集、K1/K2及声功率结果自动计算、自定义报告等，显著降低测试门槛，提升跨批次/跨实验室的声功率测试结果一致性与准确性。该方案可适用于工业设备与工程机械、汽车/航空关键部件、家电与消费电子、发电与储能等产品的噪声评级、法规认证等。 声功率测试解决方案框图 3.1 主要应用场景 消费电子与家用电器 家用电器噪声等级评估：吸尘器、洗衣机、冰箱、空调、净化器等产品的声功率测试，用于噪声等级标定与对外指标声明； 量产一致性与抽检验收：用于批次波动、供应商变更及工艺调整后的噪声一致性验证； 通用工业设备 旋转机械与流体设备：泵、风机、压缩机、鼓风机、真空泵等设备的声功率测量，用于产品噪声等级评估与对比； 电机与驱动相关设备：电机、减速机、联轴器及其配套系统的噪声测试，用于结构/工艺优化与供应商技术评估； 机柜与成套设备：电气柜、机柜/箱体类成套设备的噪声评估，用于整机噪声控制； 汽车与交通 车辆零部件噪声评估：电驱系统相关部件及附件（电机、冷却风扇、空压机、水泵、传动相关部件等）的声功率测试，用于供应商方案对比与部件级 NVH 评价； 热管理与空调系统部件：鼓风机、压缩机、冷凝/蒸发单元、冷却模块等的噪声测量，用于舒适性目标分解与优化验证。 数据中心 服务器与机柜散热系统：服务器、交换机、存储设备及机柜风扇系统的噪声测量，用于散热方案优化与噪声控制验证。 机房设备叠加影响评估：机房/数据中心设备密集部署场景下，形成设备级噪声数据基础，用于规划与整改评估 建筑机电 空调机组与冷热源设备：组合式空调机组、风柜、冷凝机组、热泵等的声功率测试，用于评估环境噪声污染； 通风系统与附件：风管末端设备（风口/末端机组）、消声器、风阀等相关部件的噪声评估，用于系统噪声控制与方案对比。 3.2 我们给客户带来什么？ 覆盖多种测试标准 OpenTest 目前已支持基于声压法的多种声功率测试标准（ISO 3744 / ISO 3745 / ISO 3746），并正在开发声强法的配套算法，目标是以一套软件覆盖客户全场景的声功率测试需求； OpenTest可自动计算K1和K2值，进行背景噪声与环境修正，保障声功率数据的准确性与标准性； OpenTest在输出声功率结果的同时，可完整保存原始时域波形与频域数据，并关联记录测点信息、校准记录与环境参数等关键数据，便于结果深入分析与数据管理。 OpenTest—声功率测试 快速高效搭建测试环境 我们提供标准的半球型支架（半径1 m / 1.5 m），精巧的机械结构设计，便于快捷地拆装与布置，可以帮助用户节省大量的时间； 针对立方体的测试面，OpenTest可以根据基准体的尺寸、测量距离等自动计算各传声器的坐标，用户可以无需经过繁杂的计算，则可快速布置测试； 设置界面 多样化的结果界面展示 OpenTest支持实时波形、测点/布点示意图、声压级/声功率级曲线、1/3 倍频程频谱、表格数据等多种呈现方式，便于快速进行数据复核； 图表支持缩放、局部放大与区间查看，便于对关键频段或异常时段做细化分析； OpenTest还支持所有图表与表格可一键导出为高清图片/数据文件，方便用于测试报告撰写、评审汇报等。 结果界面 自定义报告与自动导出 内置符合 ISO 标准的报告模板，自动汇总测试信息、测点与采集参数、计算结果及关键图表； 支持自定义报告结构与内容，可添加企业 Logo、人员信息、备注，并按需筛选展示维度； 支持一键导出报告，无需用户重新处理数据与编辑测试报告。 自定义报告 高性能同步采集，确保测试数据一致可靠 SonoDAQ Pro 支持多通道同步采集，单机可覆盖24个测点，需要更多测试时支持菊花链通道扩展，且在PTP技术加持下，保障各通道间相位误差≤100 ns； 面向多点位采集时，无需使用声校准器逐一校准传声器，可直接基于TEDS完成所有传声器的灵敏度设置； SonoDAQ Pro具备1000V隔离能力，具备强抗干扰能力，可适应复杂的电磁环境。 如果您有声功率测试方面的需求或者想了解更对兆华电子的产品，请联系我们！我们将会以最快的方式响应您的需求，帮助您解决您的问题！